IDH突变与高级别胶质瘤治疗后MRI表现及预后的关系

冀晓莉，全冠民，张可心, 黄德尤，袁涛

胶质瘤是一种高度异质性的中枢神经系统肿瘤，包括低级别和高级别胶质瘤(high grade glioma,HGG)。低级别胶质瘤因复发率较低，患者生存期较长；而HGG虽经积极治疗，包括手术、同步放化疗及替莫唑胺(temozolomide,TMZ)辅助化疗的标准化治疗[1]，预后仍较差[2]。目前，关于胶质瘤预后的研究多针对术前影像学征象及相关临床因素，已确定了一些有意义的预后因素，如ADC值、肿瘤大小、病理分级和基因突变类型等[3-4]，但关于异柠檬酸脱氢酶(isocitratedehydrogenase,IDH)表型与HGG治疗后影像学征象的关系及其在治疗后HGG预后评价中的价值的文献报道甚少。IDH突变是胶质瘤最常见的基因改变之一[5]。术前MRI研究已证实突变型和野生型HGG的MRI征象差异较明显，IDH突变型多表现为肿瘤边缘清楚、信号较均匀、无明显强化[6]。IDH野生型者预后不良，如Ohgaki等[7]的研究中IDH野生型HGG的中位总生存期(overall survival,OS)仅15个月，而IDH突变型HGG的中位OS可达31个月。目前仅有少数研究涉及不同IDH基因表型HGG治疗后影像表现及预后评估，如Berberich等[8]观察到表现为斑点状强化(speckled contrast-enhancing,SCE)的IDH野生型HGG的OS较IDH突变型者长(风险比为0.23,P=0.01)。因此，IDH基因突变型对治疗后HGG患者的预后评估有一定影响。我们推测不同IDH基因表型HGG的术后MRI特征存在差异，并由此有可能影响到对HGG患者生存预后的评估。本研究旨在探讨IDH突变型和野生型HGG患者术后MRI表现的差异及其与预后的关系。本研究未纳入低级别胶质瘤，包括WHO Ⅰ级和Ⅱ级胶质瘤，原因是其复发率低、预后通常较好，且强化率较低，临床重要性不及HGG明显。

材料与方法

1.一般资料

回顾性分析2016年10月-2018年10月本院连续收治的HGG患者的术后MRI和临床资料。纳入标准：①年龄≥18岁；②组织病理学检查证实为HGG且具有IDH基因检测的资料；③按照美国国家综合癌症网络(National Comprehensive Cancer Network,NCCN)指南进行规范治疗，包括肿瘤肉眼全切、放疗和化疗以及6个周期的替莫唑胺辅助治疗[1]；④术后随访12个月以上，随访资料完整，包括预后信息以及MRI图像质量满足评估要求。排除标准：①年龄<18岁；②仅行活检诊断；③研究期间失访或MRI随访的图像质量未达到评价要求。

研究期间共分析了83例HGG患者的病例资料，其中13例因下列原因排除：年龄<18岁(n=2)，仅进行活检(n=2)，失访(n=6)，MR随访图像质量未达到评价要求(n=3)。最终将符合要求的70例HGG患者纳入本研究，包括IDH突变型26例、IDH野生型44例。本研究经河北医科大学第二医院伦理委员会批准，由于属回顾性研究，无需研究对象签署书面知情同意书。

70例HGG患者的随访时间为16～23个月，中位数为19个月，MRI复查方法：术后72h内、术后2个月放疗前、放疗结束后、术后6个月，随后视有无新增强化及T2-FLAIR高信号每隔1～3月复查1次。无进展生存期(progression free survival,PFS)定义为自手术之日至发现疾病进展或最后一次随访之间的时间[9]。OS定义为自手术之日至最后一次随访或死亡之日之间的时间[10]。OS> 22个月为预后良好，OS<22个月为预后不良[11]。按照神经肿瘤学反应评估(response assessment in neuro-oncology,RANO)标准判断肿瘤是否进展，其中“真性进展”定义为病人在放化疗完成后至少6个月的随访期内出现新的强化病灶或强化病灶增大至少25%；“假性进展”定义为与基线时最小肿瘤测量值相比，增强病灶增大25%，或T2WI或T2-FLAIR图像上未增强病灶范围明显增大，但至少要经过4周MRI重复确认；“稳定”定义为：若患者不符合完全缓解、部分缓解或疾病进展，且满足以下全部条件时，则视为病情稳定：与治疗前基线相比，在同一剂量或更低剂量激素作用下，非增强病灶(T2WI或T2-FLAIR图像)稳定，且临床症状稳定[12-13]。

2.MRI检查方法

使用Philips Achieva 3.0T磁共振扫描仪进行头颅MRI扫描。扫描序列包括平扫T1WI、T2WI、T2-FLAIR和对比增强T1WI，各序列的扫描层厚6.5 mm、层间距1.3 mm，其它扫描参数如下。T1WI：TR 2000 ms，TE 20 ms，TI 800 ms；T2WI： TR 1518 ms，TE 80 ms；T2-FLAIR序列：TR 9000 ms，TE 140 ms，TI 2600 ms，矩阵232×181，视野230 mm×220 mm；DWI：TR 2208 ms，TE 96 ms，矩阵168×105，视野230 mm×220 mm。增强扫描使用对比剂Gd-DTPA，以3.0 mL/s的流率静脉注射。

3.图像分析

从PACS中导出所有患者的DICOM格式的MR图像。采用术后6个月时的MRI复查资料分析治疗后表现，对照历次MRI检查资料、特别是最末一次MR检查确定新增强化灶是否为真性进展。因为标准治疗后首次复查可能有治疗后改变，且主要探讨IDH与治疗后MRI表现及生存预后的关系，并非早期诊断复发和进展，因此未分析标准治疗后首次MRI检查资料。与放疗结束时MRI检查资料比较，远处新增强化病灶(new distal enhancement,nDE)定义：与残腔不相邻处(间距>1.5 cm)出现新的强化灶[14]。新增室管膜下强化(new subventricular zone enhancement,nSVZE)即术前未累及室管膜下区，在标准化治疗后复查时显示室管膜下区新出现的强化病变。残腔壁的强化类型分为4型：1型为无明显强化，2型为细线样强化(残腔壁表现为局部或全壁强化，厚度<3 mm)，3型为粗线样强化(残腔壁局部或环周强化，厚度3～5 mm)，4型为结节样强化(直径为5～10 mm的强化结节)[15]。根据RANO标准判断T2-FLAIR上高信号范围变化[12-13]。在DWI上呈高信号、且在ADC图上呈低信号的区域为扩散受限区。所有观察征象分别由两位具有5年和20年影像诊断经验的医师共同阅片并达成一致意见。

4.IDH基因突变的检测

采用聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)扩增IDH基因突变引物，并使用1%琼脂糖凝胶进行电泳分析(目标片段481bp)，出现目标条带者为IDH突变型，否则为IDH野生型。所有检测结果分别由两位具有5年和19年神经病理学诊断经验的病理科医师进行判读，出现分歧时径协商达成一致意见。

5.统计学分析

采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient,ICC)评价观察者间的一致性，ICC=0.8～1.0认为一致性好。

定量资料中服从正态分布时以均值±标准差表示，非正态分布时以中位数±四分位数间距表示。对IDH突变型组和IDH野生型组的临床资料和MRI特征中的计数资料的比较，包括性别、病理级别、T2-FLAIR高信号改变、残腔壁强化类型、有无nDE与nSVZE、有无扩散受限，采用卡方检验，当样本量<40时采用Fisher确切概率法。年龄为连续变量，符合正态分布，采用t检验进行组间比较。

采用Kaplan-Meier生存曲线评估PFS和OS，log-rank检验评估不同IDH表型HGG组间PFS和OS出现率的差异。将影响HGG患者预后的因素以不同组合建立4种预测模型：IDH基因表型的单独模型、年龄+nDE+nSVZE模型、年龄+组织病理学分级+nDE+nSVZE模型、以及包括所有影响因素的联合模型(IDH基因表型+年龄+组织病理学分级+nDE+nSVZE)，采用受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线分析评价上述4种预测模型评估HGG预后不良的诊断符合率、敏感度、特异度。以P<0.05为差异有统计学意义。

图1 左侧额颞叶间变性星形细胞瘤(WHO Ⅲ级)IDH野生型，PFS为10个月，OS为14个月。a) 术后3个月复查MRI，增强T1WI示左侧海马可见结节状强化灶(箭)； b) 术后6个月复查MRI，对比增强T1WI示原结节状强化灶的范围较前缩小(箭)； c) 术后10个月复查，增强T1WI示右侧小脑半球内新增1个结节状强化灶(箭)。

结 果

1.临床资料的比较

两组患者的主要临床资料和MRI征象的比较见表1。IDH野生型患者确诊时的年龄稍大于IDH突变型者，但差异无统计学意义(P>0.05)；两组之间性别无明显差异(P>0.05)。HGG病理级别的差异有统计学意义(P<0.05)，IDH野生型中Ⅲ级肿瘤相对多见，IDH突变型中Ⅳ级肿瘤更常见。两组肿瘤在额叶分布方面的差异无统计学差异(P>0.05)。

2.术后MRI征象

①T2-FLAIR上高信号范围增大者29例，其中IDH突变型8例、 IDH野生型21例，两型之间这种高信号范围变化无明显差异(P=0.164)。②残腔壁强化类型：IDH突变型和野生型之间残腔壁强化类型的差异无统计学意义(P>0.05)，IDH野生型中残腔壁呈粗线及结节样强化者相对较多。③nDE和nSVZE：70例中有25例出现nDE，其中IDH突变型6例、野生型19例；30例出现nSVZE，其中IDH突变型7例、野生型23例；两组间nDE和nSVZE这两种征象出现率的差异均有统计学意义(P<0.05)。④扩散受限：34例有DWI资料，其中IDH野生型23例，突变型11例，两组间扩散受限征象出现率的差异无统计学意义(P=0.262)。两种IDH表型HCC的代表性MRI征象见图1、2。⑤各种MRI征象出现的时间。FLAIR未强化区增大：IDH突变型组为(3.3±1.0)个月，野生型组为(3.8±2.7)个月。粗线及结节样强化：IDH突变型组为(3.6±2.0)个月，野生型组为(3.9±1.7)个月。nED：IDH突变型组为(3.6±1.0)个月，野生型组为(4.3±2.5)个月。nSVZE：IDH突变型组为(4.1±2.3)个月，野生型组为(4.6±2.7)个月。扩散受限：IDH突变组为(3.5±2.6)个月，野生型组为(3.4±1.1)个月。两组病例上述征象出现时间的差异均无统计学意义(P均>0.05)。

3.观察者间的一致性

两位影像学医师对5个影像学征象(T2-FLAIR高信号范围增大与否、残腔的强化类型、nDE、nSVZE及DWI上扩散受限)的评估结果的ICC值分别为0.903、0.906、0.951、0.954和0.900，一致性均较好。

4.预后情况

70例HGG患者的中位PFS为12.0个月，95% CI为11.4～15.2个月；中位OS为16.5个月，95% CI为15.0～18.6个月。在随访截止期之内70例中有32例(45.7%)死亡。70例HGG患者的PFS和OS的Kaplan-Meier曲线分析结果见图3～4。IDH野生型HGG患者的PFS中位数(10个月，95% CI为9.0～11.6个月)明显低于IDH突变型者(17个月，95% CI为14.5～22.4)，差异有统计学意义(P<0.05)。同样，IDH野生型HGG患者的OS中位数(13个月，95% CI为11.7～14.7个月)明显低于IDH突变型者(22.5个月，95% CI为20.1～25.8个月)，差异有统计学意义(P<0.05)。IDH突变型组中预后良好者15例，预后不良者11例；IDH野生型组中预后良好者2例，预后不良者42例。

图3 IDH突变型和野生型HGG患者PFS的Kaplan-Meier曲线。 图4 IDH突变型和野生型HGG患者OS的Kaplan-Meier曲线。 图5 不同模型预测HGG患者不良生存预后的ROC曲线。

表1 两种表型HGG的临床和MRI征象的比较 (例)

5.诊断效能分析

采用IDH基因表型来预测HGG患者预后的ROC曲线下面积(area under curve,AUC)为0.583；年龄联合nDE、nSVZE预测预后的AUC为0.879；三者联合组织病理学分级时，预测预后的AUC为0.885；年龄、组织病理学分级、nDE、nSVZE及IDH基因表型联合诊断模型预测预后的AUC达0.922(图5)。

讨 论

本研究比较了不同IDH基因表型HGG患者术后MRI征象的差异，且这种差异与患者的术后生存情况之间有一定相关性；在年龄、nDE、nSVZE的联合模型中加入IDH基因表型这个指标后，有助于改善对HGG患者不良预后的评估效能。上述结果提示，对治疗后HGG患者进行预后的评估时，不仅需要注意这种MRI征象的差异，还应结合IDH基因表型信息。

笔者观察了不同IDH基因表型HGG在治疗后MRI征象的差异。目前大多数研究讨论术前各种影像学征象及临床因素与IDH基因表型的相关性，本组术后研究显示了一些与术前不同的MRI征象差异。①部位特点。既往有多项研究结果提示IDH突变型胶质瘤主要发生于额叶[16-18]。本研究结果显示IDH突变型HGG发生于额叶的比例(15/26)要高于IDH野生型(22/44)，但差异无统计学意义。笔者认为可能与本研究中纳入的病例数相对较少有关，尚需增加样本量进一步进行大宗病例的分析。②新增强化病灶的特点。肿瘤强化程度及部位在一定程度上反映了肿瘤的血供及生长情况。张劲松等[19]认为IDH突变型HGG的强化程度明显低于IDH野生型，原因是后者血供丰富。Wen等[20]研究中提到术前GBM患者的室管膜下区(subventricle zone,SVZ)受累与IDH突变状态无显著相关性。而本研究结果显示野生型HGG组中更常出现此征象。既往的术前研究中未考虑各种治疗方式对胶质瘤MRI表现的影响，因此本研究中对治疗后HGG的影像征象进行分析可能有助于弥补这种局限性。本研究中纳入的病例在手术后均按NCCN指南进行标准治疗，包括剂量为(59.5±3.5)Gy的放疗、化疗以及6个周期的替莫唑胺辅助治疗，虽然对进展期病例采取了不同的治疗方法(挽救性或二线治疗方案)，包括再次手术、再次放疗以及增加抗血管生成药物，但本研究中评估的是标准治疗后第2次即术后6个月复查的MRI资料，而对于进展期患者的上述后续治疗方法均是在采用标准治疗方案第2次MRI复查之后进行的，可能会影响患者最终的生存状态，但不会影响所分析时间点时病灶的MRI表现。查阅文献未检索到对IDH突变与野生型HGG治疗后影像学征象进行比较的相关报道。本研究中IDH野生型中nDE和nSVZE的出现率较高。出现nDE的原因可能是残留的少量肿瘤细胞复发，虽然经过手术全切，但由于残余肿瘤细胞处可能出现血管生成点，从而导致新生血管形成。肿瘤细胞从SVZ向远隔部位迁移也可引起肿瘤复发[21]，组织学上SVZ为干细胞池，nSVZE病灶与神经元干细胞的迁移和聚集有关，这些细胞不受限制地增殖，IDH突变可抑制缺氧诱导因子-1α(hypoxia-inducible factors-1α,HIF-1α)的活性[22]，而HIF-1α进一步激活干细胞和新生血管的形成，这可能是IDH野生型在治疗后易出现nDE和nSVZE的原因。③其它治疗后MRI征象。不同IDH基因表型的残腔壁强化类型虽然无明显差异，但IDH野生型术后残腔周围相对更易出现粗线样或结节样强化，提示该部位血管丰富，也可能与IDH基因对HIF-1α活性的影响有关，增加样本量可能会有进一步的发现。IDH突变型与野生型之间扩散受限表现的出现率无明显差异，原因可能是进行DWI检查的病例较少且未进行定量分析，而ADC值可能对预测IDH基因突变有一定价值[23]。既往研究认为T2-FLAIR高信号且不强化的区域难以评价[24]，其意义不明，原因是此处组织成分混杂，既包括水肿，也可能存在少量肿瘤细胞的浸润，本研究中两组间此征象出现率的差异无统计学意义。④本研究中还分析了IDH野生型与突变型两组之间5种MRI征象出现时间的差异，即FLAIR未强化区增大、强化类型、nED、nSVZE和扩散受限，除扩散受限外，其它征象均以突变型组的出现时间较早，但组间差异并无统计学意义，可能是由于本研究中样本量较少、未能充分展示各征象的出现时间的规律。

Persons等[25]2008年首次发现胶质瘤IDH基因突变，随后对IDH基因突变的作用进行大量研究，证明IDH基因突变不仅参与肿瘤细胞发生[26]，也可抑制胶质瘤细胞生长[27]。一般认为，IDH突变型胶质瘤预后较好[28-29]，如IDH突变型HGG的PFS和OS均长于IDH野生型HGG(OS：27.4 vs. 14.0个月，P<0.01；PFS：55.0 vs. 8.8个月，P<0.01)，本研究结果也证实了IDH野生型HGG患者的生存期较短。但IDH表型作为一个独立预后预测因子仍有待商榷[28,30]，因为HGG预后评估受到多种因素影响，如肿瘤切除范围、放化疗和挽救性治疗方法等。正如本研究结果所显示的，将IDH基因表型单独用来评估HGG患者预后的AUC较低(0.583)，单纯依靠IDH基因表型对治疗后HGG预后评估有很大局限性。目前对HGG患者采取标准化治疗，但不同患者的疗效存在个体差异，可能导致与IDH表型相关的不同术后影像学征象，本研究也证实治疗后IDH野生型HGG患者更易于出现nDE与nSVZE，作者的前期研究也证实出现nDE与nSVZE这两种术后影像学征象者预后不良。IDH基因突变联合这些影像学指标可改善对HGG预后评估的准确性，提示应将术后MRI征象、临床因素与IDH突变状态均纳入联合诊断模型。

本研究的局限性：第一，样本量较小。但本研究的目的不是生成一个诊断标准，而是评估术后影像学特征与IDH基因表型的相关性，并初步建立一个联合指标来评估治疗后HGG患者生存预后的价值。将来随着病例积累和更长期随访，进一步大宗病例的研究结论将更具有可信性。第二，本研究中仅纳入HGG(Ⅲ、Ⅳ级)病例，存在选择偏倚；虽然HGG患者的预后更令人关注，但IDH基因突变也发生于较低级别胶质瘤(如WHO Ⅱ级)，推测其与低级别HGG的术后MRI特点及预后也具有一定相关性，因此笔者已着手进行较低级别胶质瘤的相关研究。第三，本研究中未进行其它MR功能成像，如灌注加权成像和MRS等，这些功能成像指标对不同IDH表型HGG患者的生存状态的评估价值尚不清楚。第四，本研究中仅纳入IDH突变这一基因信息，其它HGG相关基因可能也与治疗后预后具有一定的相关性，如O6-甲基鸟嘌呤-DNA甲基转移酶(O6-methylguanine-DNA methyltransferase,MGMT)启动子甲基化状态、1p19q共缺失和端粒酶逆转录酶(telomerase reverse transcriptase,TERT)启动子突变等，还有待在今后进一步联合多基因信息进行深入研究。

综上所述，本组资料表明不同IDH基因表型治疗后HGG的影像学征象及患者的生存预后有一定差异，IDH基因突变信息可改善基于MRI征象评估治疗后HGG患者预后的能力。因此，术后HGG患者应常规进行IDH基因表型的检测，预后评估中关注不同MRI征象与预后的关系，并建议将IDH表型信息纳入HGG治疗后预后评估的综合诊断模型中。